CN205701844U - 一种电动‑纳米Fe0联合修复污染土壤的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于电动‑纳米Fe0联合修复污染土壤的装置，包括电动修复池以及电极控制系统，所述电动修复池包括土样填充池和位于填充池两端的电解池，所述电极控制系统包括直流电源和连接在电源两极的电极，所述电极位于所述电解池内，其特征在于：在所述土样填充池内还设有一纳米材料投加池，该纳米材料投加池与所述土样填充池之间采用可穿透的隔层间隔。该实用新型提供的电动修复装置，可以很好地模拟电动‑纳米Fe0联用技术处理污染土壤的情况，保证了纳米材料的活性和稳定性，解决了纳米材料的传输问题，是针对电动‑纳米联用修复技术很具有试验价值和应用前景的一种装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种污染土壤处理装置，特别地设计一种可用于电动-纳米Fe0联合修复污染土壤的装置，属于环境保护和污染防治与治理领域。
背景技术
纳米Fe0由于其较高的比表面积和较高的活性在地下水和土壤污染修复中受到越来越多的关注，它可以快速还原降解多种污染物，还可以催化还原降解结构比较复杂的含氯有机污染物，如除草剂、多氯联苯和含氯有机农药等。但是，由于纳米Fe0粒径小，比表面积大，在范德华力和磁力的作用下容易团聚，为了增强纳米Fe0的稳定性，通常通过添加分散剂来增强其稳定性。虽然分散的纳米Fe0能在多孔性介质比如石英砂中迁移，但是其在低渗透性土壤中的传输仍然十分困难。有研究表明纳米Fe0在土壤中的迁移距离仅有几米。因此如何保证纳米Fe0在长距离迁移过程中既不团聚同时保持较高的活性是限制其成功应用的关键问题。
电动修复技术是上世纪80年代兴起的一种新型的原位土壤修复技术，它主要通过在土壤两侧施加直流电场，使土壤中污染物在电场作用下通过电迁移、电渗流和电泳等方式迁移出土壤。电动修复技术可以处理多种污染物，特别适用于低渗透性土壤的修复。但是单独的电动修复技术对污染物的处理效果不佳，通常通过与其他修复方法联用来增强其修复效果。
将纳米Fe0修复技术与电动修复技术相结合，利用电场促进纳米Fe0在土壤中的迁移，可以有效解决纳米Fe0在低渗透性土壤中的传输问题。
目前，国内现有的专利文献中产生了许多关于电动修复的方法和相应装置，也不乏电动联用技术的实验装置。
CN201454977U公开了一种电动力吸附复合修复重金属污染土壤的装置。所述装置包括采用石墨制成电极，电极包括阳极和阴极，阳极和阴极分别与直流电源的两端相连接，阳极置入阳极区，阴极置入阴极区，由阳极区到阴极区，依次装置防止污染重金属离子扩散的隔板、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳、需处理的重金属污染土壤、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳和防止污染重金属离子扩散的隔板，并采用切换电极极性的方法防止阴极区域pH的上升和阳极区域pH的下降。
CN102896143A公开了一种电动表面活性剂联合修复污染土壤的实验装置。所述装置包括主体和洗脱液调节池，其主体上半部分装入污染土壤，下半部分装入未污染土壤，主体的侧面开有洗脱液出口，主体电极室多孔挡板与主体内侧面间构成两个电极室，两电极分别与直流电源连接。放置在主体上方的洗脱液调节池经阀门注入电极室。此装置保证了表面活性剂投加均一性、解决了洗脱液下渗污染问题。
CN1899717B公开了一种电动力和铁可渗透反应格栅联合修复重金属污染土壤的工艺。所述工艺是在土壤两侧安装石墨电极，两电极和待处理土壤间安放铁墙，接通电源，在电场作用下将金属阴离子迁移到阳极附近，而金属阳离子迁移到阴极附近，当重金属穿过铁墙时与之发生反应而得以吸附、还原和沉淀。
CN102500610A公开了一种电动力学联合滴灌修复重金属污染土壤方法。该方法是在重金属污染土壤两端安装正负电极，在正负电极与污染土壤间分别放置吸附剂，在吸附剂附近土壤的上方设置滴灌装置，将电解液、缓冲液或络合剂等缓慢滴加到两侧污染土壤中，对电极进行周期性极性阴阳切换，重金属依靠电动迁移作用运动并被吸附剂吸附从而降低其在土壤中的浓度。
CN204710408047145U公开了一种重金属污染土壤的淋洗电动联合修复装置，所述装置包括淋洗系统和电动修复系统；所述淋洗系统通过蠕动泵与污染土壤土槽相连通；淋洗液储罐内部设置有搅拌机；淋洗系统中的污染土壤储槽底部通过泥浆泵与电动修复室连通。采用所述装置，先对重金属污染土壤进行化学淋洗，然后对淋洗后土壤进行电动修复。
如上所述，虽然电动联用修复装置和方法很多，但关于纳米Fe0和电动修复联用的实验装置未见涉及。且大多电动实验装置仅设置阳极池和阴极池，或者将吸附材料设置在接触阳极/阴极的位置。但是纳米Fe0如果投加在阳极池，则阳极产生的酸性和有氧环境将导致纳米Fe0的溶解和氧化，大大降低其稳定性和活性。如果纳米Fe0从阴极投加，将不利于其向土壤中的传输，阴极的碱性条件将导致纳米Fe0的钝化。因此，迫切需要提供一种有效解决纳米Fe0投加和传输问题的电动修复装置。
实用新型内容
鉴于以上缺点，本实用新型的目的在于提供一种可用于电动+纳米Fe0联合修复污染土壤的实装置，该装置既能保持纳米Fe0稳定性和活性又能实现其有效传输，可有效控制系统的反应条件、降低能耗，具有良好的应用前景和价值。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种用于电动+纳米Fe0联合修复污染土壤的装置，包括电动修复池以及电极控制系统，所述电动修复池包括土样填充池和位于填充池两端的电解池，所述电极控制系统包括直流电源和连接在电源两极的电极，所述电极位于所述电解池内，其特征在于：在所述土样填充池内还设有一纳米材料投加池，该纳米材料投加池与所述土样填充池之间采用可穿透的隔层间隔。
还包括一电解液储存循环系统，该电解液储存循环系统包括阳极电解液储存池和阴极电解液储存池以及与其相连的第一蠕动泵，阳极电解液储存池通过第一蠕动泵与阳极电解池相连，阴极电解液储存池通过第一蠕动泵与阴极电解池相连。
还包括一pH自动控制系统，该pH自动控制系统包括酸度计、pH电极、酸液储槽和第二蠕动泵，所述酸度计一端通过pH电极和第二蠕动泵与阴极电解液储存池相连，酸度计另一端通过第二蠕动泵与酸液储槽相连。
所述隔层为包裹尼龙网的多孔挡板。
所述电动修复池包括池体和顶盖两部分，所述顶盖覆盖整个池体，并在顶盖上开设电极插入孔和排气孔，所述电极插入孔和排气孔位于电解池正上方。
电解池和土样填充池之间采用烧结玻璃分隔。
纳米材料投加池设置于土样填充池中间靠近阳极电解池的位置。
电解池正面设有进水口，侧面设有出水口。
第一蠕动泵为四通道蠕动泵。
第二蠕动泵为单通道蠕动泵。
在本实用新型用于电动+纳米Fe0联合修复污染土壤的装置中，电动修复池主体的三维形状并没有特别的限定，例如可为长方体性、圆柱形、正方体形等，优选为长方体形。其体积并没有特别的限定，可根据土壤处理量、实际操作等情况而进行合适的选择。其材质也没有特别的限定，只要其具有一定强度、绝缘并能承受操作时的压力即可，非限定性地例如可为有机玻璃、钢化玻璃、PVC等。池体用粘结剂进行组装连接。
在本实用新型用于电动+纳米Fe0联合修复污染土壤的装置中，电极的材料并没有特别的限定，只要能满足电动试验即可，非限定性地例如石墨电极、钛合金电极等。电极的形状也没有特别的限定，可根据所述电解池池体垂直切面的面积大小而进行合适的选择和确定，非限定性地例如棒状电极、板状电极、网状电极等。
在本实用新型用于电动+纳米Fe0联合修复污染土壤的装置中，纳米材料投加池的位置并没有特别的限定，只要不直接接触阳极电解池，避免阳极电解池产生的酸和氧气对纳米材料的腐蚀即可，非限定性地例如可以位于土样填充池的中间位置或者靠近阳极电解池的位置。优选地可选择靠近阳极电解池的位置，此位置弱酸性的环境有利于保持纳米Fe0的活性。
在本实用新型用于电动+纳米Fe0联合修复污染土壤的装置中，所述纳米材料投加池与土样填充池用包裹尼龙网的多孔挡板隔开，其中多孔挡板的孔径没有特别的限制，只要有一定强度可分离土壤和纳米材料溶液即可，可为5-10mm，例如可为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、或10mm；所用尼龙网的孔径也没有特别的限制，只要能够满足纳米材料顺利通过又不使土壤颗粒流出即可，例如可为60目、100目。
在本实用新型用于电动+纳米Fe0联合修复污染土壤的装置中，阴阳极电解池与土样填充池用烧结玻璃隔开，其中，电动修复池主体池壁和底部设置有卡槽用于固定烧结玻璃，并用生料带包裹烧结玻璃边缘用于密封；另外，纳米材料投加池两端用包裹有尼龙网的多孔挡板与土样填充池隔开，多孔挡板处也设置有卡槽用于固定挡板，并用生料带包裹多孔挡版边缘用于密封。
在本实用新型用于电动+纳米Fe0联合修复污染土壤的装置中，阴极pH自动控制系统可通过自动向阴极电解液加入酸液将阴极pH控制在5左右，防止阴极pH的升高，保持电渗流的发生以及纳米材料的活性。所述酸液储槽里的酸液为H2SO4水溶液。
在本实用新型用于电动+纳米Fe0联合修复污染土壤的装置中，所述纳米材料投加池中纳米材料的投加可为手动投加或者通过在纳米材料投加池上部设置纳米材料投加装置投加，纳米材料投加装置可为带刻度的容器如移液管、滴定管等。本装置中未设置纳米材料投加装置，选择手动投加方式进行。
本实用新型的有益效果在于：
1.通过单独设置纳米材料投加池可以避免阳极电解液对纳米材料的溶解和腐蚀，并能很好地模拟实际修复情况。
2.通过阴极设置pH自动控制系统，可以避免阴极pH升高对纳米材料活性的影响，并能保持电动修复的可持续性。
3.通过此装置可以模拟电动纳米联用技术处理污染土壤的情况，在保证了纳米材料的活性和稳定性的同时，解决了纳米材料的传输问题，是针对电动-纳米联用修复技术很具有试验价值和应用前景的一种装置。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的所述装置，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍。但下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得与其类似的改进型附图。
图1是本实用新型装置的结构示意图。
图2是本实用新型装置的池体俯视图。
图3是本实用新型装置的池体侧视图。
其中，各个数字编号/代号与本实用新型装置的元件/部件的对应关系如下：
1. 池体；2. 顶盖；3. 土样填充池；4. 纳米材料投加池；5. 阳极电解池；6. 阴极电解池；7. 电极；8. 直流电源；9. 尼龙网包裹多孔挡板；10. 烧结玻璃；11. 阳极电解液储存池；12. 阴极电解液储存池；13. 第一蠕动泵；14. 第二蠕动泵；15. 酸度计；16. 酸液储槽；17. pH电极；18. 电极插入孔；19. 气孔；20. 进水口；21.出水口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型装置进行进一步地详细说明和/或阐述，但应该理解，这只是对本实用新型的装置及其操作方法做出的示例性描述，其意图是用来解释/阐述本实用新型的所述装置及其实施方式，而非用来限定和/或限制本实用新型，更非将本实用新型的保护范围局限于此。
实施例1：
参考图1，本实用新型装置主要包括电动修复池主体、电极控制系统、电解液储存循环系统和pH自动控制系统。
其中，电动修复池主体包括池体1和顶盖2两部分，所述池体1包括土样填充池3、纳米材料投加池4和电解池。所述电解池包括阳极电解池5和阴极电解池6，分别位于电动修复池的两端；所述土样填充池3与电解池相连，用烧结玻璃10与电解池隔开；所述纳米材料投加池4位于土样填充池3中间，纳米材料投加池4两端用包裹尼龙网的多孔挡板9与土样填充池3隔开。所述纳米材料投加池的位置可以根据实际情况进行设置，可以设置在靠近阳极的位置，以保证纳米材料的稳定性和活性。所述电解池正面设有进水口19，侧面设有出水口20；所述顶盖2覆盖整个池体，并在池体两端电解池正上方分别开设电极插入孔17和排气孔18。
所述电极控制系统包括电极7和直流电源8，所述电极7分别插入到阳极电解池5和阴极电解池6中；所述阳阴电极7分别与直流电源8的正负极相连，形成闭合回路。
电解液储存循环系统包括阳极电解液储存池11、阴极电解液储存池12和第一蠕动泵13，阳极电解液储存池11通过第一蠕动泵13与阳极电解池5相连，阴极电解液储存池12通过第一蠕动泵13与阳极电解池6相连。电解液在蠕动泵作用下通过进水孔20进入电解池，电解池中电解液通过出水口21溢流进入电解液储存池，形成回路，从而保证电解液能循环使用。
pH控制系统包括酸度计15、pH电极17、酸液储槽16和第二蠕动泵14，所述酸度计15一端通过pH电极17和第二蠕动泵14与阴极电解液储存池12相连，另一端与通过第二蠕动泵14与酸液储槽16相连。通过pH自动控制系统可以将阴极电解液的pH控制在5左右。用于调节pH的酸液储槽中的酸液为H2SO4水溶液。
参考图2，该图为本实用新型装置的电动修复池主体的俯视图。所述池体水平切面为长方形，其上为顶盖，顶盖覆盖整个池体。在顶盖上对应阳阴极电解池的位置，分别设置有位于中央位置的电极插入孔18，并在靠近电极插入孔位置的附近设置有排气孔19，用于导出电动过程中阳阴极电解液电解产生的氢气和氧气。
参考图3，该图为本实用新型装置的电动修复池主体的侧视图。所述池体的垂直切面为长方形，在侧面顶端设置有电解池出水孔21，其中出水孔管口与电解液液面相切，电解液通过导管溢流进入电解液储存池。
实施例2：
利用实施例1的装置以处理有机污染土壤为例，进行有机污染土壤的电动-纳米Fe0联合修复。
纳米Fe0由于具有较高的比表面积和活性，常用于土壤和地下水修复当中，其可以还原降解多种污染物，并可以实现氯代有机污染物的还原脱氯。纳米Fe0的还原脱氯过程是一个介面反应，只有加强纳米材料与污染物的充分接触才能够实现污染物的有效降解。然而纳米材料在土壤中的迁移距离很短，限制了其在土壤修复中的应用。通过将纳米Fe0与电动修复相结合，电动过程可以促进纳米Fe0在低渗透性土壤中的迁移。由于纳米Fe0具有较高的反应活性，如果从阳极电解池投加纳米材料，其产生的酸性和强氧化性条件会加速纳米Fe0的腐蚀和溶解，不利于其在电场中的迁移。因此，通过在土壤中部单独设置纳米材料投加池可以在保持纳米材料稳定性的同时，促进其在电场中的迁移。另外，通过阴极控制pH5.0也可以防止纳米Fe0在碱性条件下的钝化，同时有利于电渗流的持续发生，实现其在土壤中的迁移和对污染物的降解。
进行有机污染土壤的电动-纳米Fe0联合修复的方法包括如下步骤：
（a）安装电解池和土样填充池隔板—烧结玻璃以及土样填充池和纳米材料投加池隔板—包裹尼龙网的多孔挡板；其中纳米材料投加池位于土壤填充池中靠近阳极池3 cm的位置。尼龙网的孔径为100目，多孔挡板孔径为10 mm。
（b）将风干的污染土壤置于土样填充池中，压实；所述污染土壤为多氯联苯污染土壤或者其他氯代有机溶剂污染土壤。
（c）将电极插入电解池，连接电解液储存池、蠕动泵、pH控制系统等外围设备；所述电极为钛合金网状电极。
（d）将污染土壤用电解液饱和24h之后，接通直流电源；所述电解液为NaCl和NaHCO3混合溶液。所述电压梯度为0.1-2 V/cm。
（e）抽出纳米材料投加池电解液，在纳米材料投加池手动注入纳米Fe0溶液，每2天对纳米溶液进行更新；所述纳米Fe0溶液浓度为1-20 g/L。
（f）开启pH自动控制系统，将阴极电解液pH控制在5.0。所述用于调节pH的酸液为H2SO4溶液。
本实用新型装置，试验过程中通过万用表测定电流的大小，电渗流量通过电解液储存池高度变化计算，将土壤截面平均分为4部分，每隔5天采样测定每部分铁的含量以及污染物含量，直至污染物含量降低至修复目标停止试验。
Claims (10)
1.一种用于电动-纳米Fe0联合修复污染土壤的装置，包括电动修复池以及电极控制系统，所述电动修复池包括土样填充池和位于填充池两端的电解池，所述电极控制系统包括直流电源和连接在电源两极的电极，所述电极位于所述电解池内，其特征在于：在所述土样填充池内还设有一纳米材料投加池，该纳米材料投加池与所述土样填充池之间采用可穿透的隔层间隔。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括一电解液储存循环系统，该电解液储存循环系统包括阳极电解液储存池和阴极电解液储存池以及与其相连的第一蠕动泵，阳极电解液储存池通过第一蠕动泵与阳极电解池相连，阴极电解液储存池通过另一第一蠕动泵与阴极电解池相连。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：还包括一pH自动控制系统，该pH自动控制系统包括酸度计、pH电极、酸液储槽和第二蠕动泵，所述酸度计一端通过pH电极和第二蠕动泵与阴极电解液储存池相连，酸度计另一端通过第二蠕动泵与酸液储槽相连。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述隔层为包裹尼龙网的多孔挡板。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述电动修复池包括池体和顶盖两部分，所述顶盖覆盖整个池体，并在顶盖上开设电极插入孔和排气孔，所述电极插入孔和排气孔位于电解池正上方。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：电解池和土样填充池之间采用烧结玻璃分隔。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：纳米材料投加池设置于土样填充池中间靠近阳极电解池的位置。
8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：电解池正面设有进水口，侧面设有出水口。
9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：第一蠕动泵为四通道蠕动泵。
10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：第二蠕动泵为单通道蠕动泵。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620532643.5U CN205701844U (zh) | 2016-06-06 | 2016-06-06 | 一种电动‑纳米Fe0联合修复污染土壤的装置 |
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107413837A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-12-01 | 西南石油大学 | 以电动‑微生物联合修复石油‑重金属复合污染土壤的装置及应用 |
| CN108435787A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-08-24 | 江南大学 | 一种利用电场和反应屏障修复污染土壤的装置及方法 |
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